JPH06273198A - 波浪特性抽出装置 - Google Patents
波浪特性抽出装置Info
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- JPH06273198A JPH06273198A JP8152693A JP8152693A JPH06273198A JP H06273198 A JPH06273198 A JP H06273198A JP 8152693 A JP8152693 A JP 8152693A JP 8152693 A JP8152693 A JP 8152693A JP H06273198 A JPH06273198 A JP H06273198A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 船首の上下加速度センサと波高計からの計測
データが有義波高、平均周波数およびスペクトラムピー
ク周波数を演算して波浪特性の抽出を行なう。 【構成】 船首の上下加速度センサ１の信号に基づき船
首の上下変位を演算する装置３と、同装置３からの信号
と波高計２からの信号を受けて絶対波高を演算する装置
４と、同装置４からの信号を一定時間蓄積してパワース
ペクトラムを演算する装置５と、自船の方位から波向を
設定することにより波出会い角を演算する装置６と、同
装置６で演算された出会波角を用いて、パワースペクト
ラム演算装置５から得られた出会周波数ベースのパワー
スペクトラムを波周波数ベースに変換する装置７と、同
装置７からの出力信号を受けて有義波高および平均波周
波数を同定する装置８と、同装置８からの信号に基づ
き、平均波々長、スペクトラムピークの波長および周波
数を演算する最終演算装置９とをそなえて構成される。
データが有義波高、平均周波数およびスペクトラムピー
ク周波数を演算して波浪特性の抽出を行なう。 【構成】 船首の上下加速度センサ１の信号に基づき船
首の上下変位を演算する装置３と、同装置３からの信号
と波高計２からの信号を受けて絶対波高を演算する装置
４と、同装置４からの信号を一定時間蓄積してパワース
ペクトラムを演算する装置５と、自船の方位から波向を
設定することにより波出会い角を演算する装置６と、同
装置６で演算された出会波角を用いて、パワースペクト
ラム演算装置５から得られた出会周波数ベースのパワー
スペクトラムを波周波数ベースに変換する装置７と、同
装置７からの出力信号を受けて有義波高および平均波周
波数を同定する装置８と、同装置８からの信号に基づ
き、平均波々長、スペクトラムピークの波長および周波
数を演算する最終演算装置９とをそなえて構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速艇をはじめとする
船舶や海洋構造物から、波浪を計測するのに適用され
る、波浪特性抽出装置に関する。
船舶や海洋構造物から、波浪を計測するのに適用され
る、波浪特性抽出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、船舶の波浪計測は船首に取付けら
れた波高計によって時系列の波高データを計測すること
により行なわれていた。
れた波高計によって時系列の波高データを計測すること
により行なわれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような従来の波浪計測手段では、波浪データが波高計に
よって計測された時系列の波高データのみであるため波
浪の特性を見分けるのが困難になるという問題点があ
る。すなわち、例えば、波浪の有義波高や、平均波周波
数を正確に求めることが困難である。なお、有義波高お
よび平均波周波数とは、20分間の波高記録におけるすべ
ての波を波高順に選び出し、波高の大きいものから1/3
の波をとり出してその波高および周波数を平均したもの
である。本発明は、上述の問題点の解消をはかろうとす
るもので、船首に取付けられた上下加速度センサおよび
波高計からの計測データに基づき、有義波高、平均波周
波数およびスペクトラムピーク周波数を演算して、波浪
特性の抽出を行えるようにした波浪特性抽出装置を提供
することを目的とする。
ような従来の波浪計測手段では、波浪データが波高計に
よって計測された時系列の波高データのみであるため波
浪の特性を見分けるのが困難になるという問題点があ
る。すなわち、例えば、波浪の有義波高や、平均波周波
数を正確に求めることが困難である。なお、有義波高お
よび平均波周波数とは、20分間の波高記録におけるすべ
ての波を波高順に選び出し、波高の大きいものから1/3
の波をとり出してその波高および周波数を平均したもの
である。本発明は、上述の問題点の解消をはかろうとす
るもので、船首に取付けられた上下加速度センサおよび
波高計からの計測データに基づき、有義波高、平均波周
波数およびスペクトラムピーク周波数を演算して、波浪
特性の抽出を行えるようにした波浪特性抽出装置を提供
することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の波浪特性抽出装置は、船首に取付けられた
上下加速度センサおよび波高計と、上記上下加速度セン
サからの検出信号に基づき船首の上下変位を演算する船
首変位演算装置と、同船首変位演算装置からの出力信号
と上記波高計からの出力信号とを受けて絶対波高を演算
する絶対波高演算装置と、同絶対波高演算装置からの出
力信号を一定時間蓄積してパワースペクトラムを演算す
るパワースペクトラム演算装置と、自船の方位から波向
を設定することにより波出会い角を演算する波出会い角
演算装置と、同波出会い角演算装置で演算された出会い
角を用いて、上記パワースペクトラム演算装置から得ら
れた出会い周波数ベースのパワースペクトラムを波周波
数ベースに変換するスペクトラム変換演算装置と、同ス
ペクトラム変換演算装置からの出力信号を受けて有義波
高および平均波周波数を同定する有義波高・平均波周波
数同定演算装置と同有義波高・平均波周波数同定演算装
置からの出力信号に基づき平均波々長，スペクトラムピ
ークの波長および周波数を演算する最終演算装置とをそ
なえて構成されたことを特徴としている。
め、本発明の波浪特性抽出装置は、船首に取付けられた
上下加速度センサおよび波高計と、上記上下加速度セン
サからの検出信号に基づき船首の上下変位を演算する船
首変位演算装置と、同船首変位演算装置からの出力信号
と上記波高計からの出力信号とを受けて絶対波高を演算
する絶対波高演算装置と、同絶対波高演算装置からの出
力信号を一定時間蓄積してパワースペクトラムを演算す
るパワースペクトラム演算装置と、自船の方位から波向
を設定することにより波出会い角を演算する波出会い角
演算装置と、同波出会い角演算装置で演算された出会い
角を用いて、上記パワースペクトラム演算装置から得ら
れた出会い周波数ベースのパワースペクトラムを波周波
数ベースに変換するスペクトラム変換演算装置と、同ス
ペクトラム変換演算装置からの出力信号を受けて有義波
高および平均波周波数を同定する有義波高・平均波周波
数同定演算装置と同有義波高・平均波周波数同定演算装
置からの出力信号に基づき平均波々長，スペクトラムピ
ークの波長および周波数を演算する最終演算装置とをそ
なえて構成されたことを特徴としている。
【０００５】
【作用】前述の本発明の波浪特性抽出装置では、まず船
首変位演算装置により、船首に取付けられた上下加速度
センサからの検出信号に基づき船首の上下変位を演算す
る作用が行なわれる。そして、絶対波高演算装置が上記
船首変位演算装置からの出力信号と波高計からの出力信
号とを受けて絶対波高を演算するとともに、パワースペ
クトラム演算装置により上記絶対波高演算装置からの出
力信号を一定時間蓄積してパワースペクトラムを演算す
る作用が行なわれる。
首変位演算装置により、船首に取付けられた上下加速度
センサからの検出信号に基づき船首の上下変位を演算す
る作用が行なわれる。そして、絶対波高演算装置が上記
船首変位演算装置からの出力信号と波高計からの出力信
号とを受けて絶対波高を演算するとともに、パワースペ
クトラム演算装置により上記絶対波高演算装置からの出
力信号を一定時間蓄積してパワースペクトラムを演算す
る作用が行なわれる。
【０００６】また、波出会い角演算装置により、自船の
方位から波向を設定して波出会い角を演算するととも
に、スペクトラム変換演算装置により、上記波出会い角
を用いて上記のパワースペクトラム演算装置から得られ
た出会い周波数ベースのパワースペクトラムを波周波数
ベースに変換する作用が行なわれる。さらに、有義波高
・平均波周波数同定演算装置により、波周波数ベースの
パワースペクトラムから有義波高および平均周波数を同
定するとともに、最終演算装置により、上記の有義波高
および平均波周波数から、平均波波長とスペクトラムピ
ークの波長および周波数とを演算する作用が行なわれ
る。
方位から波向を設定して波出会い角を演算するととも
に、スペクトラム変換演算装置により、上記波出会い角
を用いて上記のパワースペクトラム演算装置から得られ
た出会い周波数ベースのパワースペクトラムを波周波数
ベースに変換する作用が行なわれる。さらに、有義波高
・平均波周波数同定演算装置により、波周波数ベースの
パワースペクトラムから有義波高および平均周波数を同
定するとともに、最終演算装置により、上記の有義波高
および平均波周波数から、平均波波長とスペクトラムピ
ークの波長および周波数とを演算する作用が行なわれ
る。
【０００７】
【実施例】以下、図面により本発明の一実施例としての
波浪特性抽出装置について説明すると、図１はその構成
図、図２はその演算の流れ図、図３は不規則波のスペク
トラム図を示す。図１に示すように、本実施例の波浪特
性抽出装置は、船首に取付けられた上下加速度センサ１
および波高計２をそなえている。そして、上下加速度セ
ンサ１からの検出信号に基づき船首の上下変位を演算す
る船首変位演算装置３と、同船首変位演算装置３からの
出力信号と波高計２からの出力信号とを受けて絶対波高
を演算する絶対波高演算装置４とが設けられている。
波浪特性抽出装置について説明すると、図１はその構成
図、図２はその演算の流れ図、図３は不規則波のスペク
トラム図を示す。図１に示すように、本実施例の波浪特
性抽出装置は、船首に取付けられた上下加速度センサ１
および波高計２をそなえている。そして、上下加速度セ
ンサ１からの検出信号に基づき船首の上下変位を演算す
る船首変位演算装置３と、同船首変位演算装置３からの
出力信号と波高計２からの出力信号とを受けて絶対波高
を演算する絶対波高演算装置４とが設けられている。
【０００８】また、絶対波高演算装置４からの出力信号
を一定時間蓄積してパワースペクトラムを演算するパワ
ースペクトラム演算装置５と、自船の方位から波向を設
定することにより波出会い角を演算する波出会い角演算
装置６とがそなえられ、同波出会い角演算装置６で演算
された波出会い角を用いて、パワースペクトラム演算装
置５から得られた出会い周波数ベースのパワースペクト
ラムを波周波数ベースに変換するスペクトラム変換演算
装置７が装備されている。さらに、スペクトラム変換演
算装置７からの出力信号を受けて有義波高および平均波
周波数を同定する有義波高・平均波周波数同定演算装置
８と、同有義波高・平均波周波数で同定演算装置８から
の出力信号に基づき、平均波波長とスペクトラムピーク
の波長および周波数とを演算する最終演算装置９とがそ
なえられている。以上の構成により、本実施例の波浪特
性抽出装置は、図２に示すように、次のような作用が行
なわれる。
を一定時間蓄積してパワースペクトラムを演算するパワ
ースペクトラム演算装置５と、自船の方位から波向を設
定することにより波出会い角を演算する波出会い角演算
装置６とがそなえられ、同波出会い角演算装置６で演算
された波出会い角を用いて、パワースペクトラム演算装
置５から得られた出会い周波数ベースのパワースペクト
ラムを波周波数ベースに変換するスペクトラム変換演算
装置７が装備されている。さらに、スペクトラム変換演
算装置７からの出力信号を受けて有義波高および平均波
周波数を同定する有義波高・平均波周波数同定演算装置
８と、同有義波高・平均波周波数で同定演算装置８から
の出力信号に基づき、平均波波長とスペクトラムピーク
の波長および周波数とを演算する最終演算装置９とがそ
なえられている。以上の構成により、本実施例の波浪特
性抽出装置は、図２に示すように、次のような作用が行
なわれる。
【０００９】まず、船首変位演算装置３において、上下
加速度センサ１から得られる上下加速度を２回積分し
て、船首部の上下変位Ｚが［数１］式に示すように演算
される。
加速度センサ１から得られる上下加速度を２回積分し
て、船首部の上下変位Ｚが［数１］式に示すように演算
される。
【数１】 絶対波高演算装置４では、波高計から得られる相対波高
ｈRから、［数２］式により絶対波高ｈAが演算される。
ｈRから、［数２］式により絶対波高ｈAが演算される。
【数２】ｈA＝ｈR−Ｚ パワースペクトラム演算装置５では、まず［数２]式で
求められる絶対波高ｈAをＮ回蓄積し、［数３］式およ
び［数４］式に従って、ｈAの平均値、同平均値からの
変動分ｈi(ｉ＝１〜Ｎ)が演算される。なお、ｈAi(ｉ＝
１〜Ｎ)は、Ｎ回目蓄積されて絶対波高を示す。
求められる絶対波高ｈAをＮ回蓄積し、［数３］式およ
び［数４］式に従って、ｈAの平均値、同平均値からの
変動分ｈi(ｉ＝１〜Ｎ)が演算される。なお、ｈAi(ｉ＝
１〜Ｎ)は、Ｎ回目蓄積されて絶対波高を示す。
【数３】
【数４】
【００１０】そして、［数５］式および［数６］式に従
ってパワースペクトラムが演算される。
ってパワースペクトラムが演算される。
【数５】
【数６】 さらに、スペクトラム変換演算装置７では出会い周波数
ベースで計算された絶対波高データを波周波数ベースに
変換する作用が行なわれる。出会い周波数ωeと波周波
数ωとの関係は次の［数７］式〜［数９］式で与えられ
る。
ベースで計算された絶対波高データを波周波数ベースに
変換する作用が行なわれる。出会い周波数ωeと波周波
数ωとの関係は次の［数７］式〜［数９］式で与えられ
る。
【数７】ωe＝｜ω−ｋＵcosｘ｜
【数８】
【数９】 ここで、Ｕは前進速度、ｋは波数、ｘは出会い角であ
る。
る。
【００１１】［数７］式〜［数９］式より、ωとωeと
の関係は次の［数10］式〜［数14］式のように表わされ
る。 (1) Ｕcosｘ＜０のとき
の関係は次の［数10］式〜［数14］式のように表わされ
る。 (1) Ｕcosｘ＜０のとき
【数10】 ただし O≦ωe (2) Ｕcosｘ＝０のとき
【数11】ω＝ωe ただし O≦ωe (3) Ｕcosｘ＞０のとき
【数12】 ただし
【００１２】(4) 同じく、Ｕcosｘ＞０のとき
【数13】 ただし (5) 同じく、Ｕcosｘ＞０のとき
【数14】 ただし ０≦ωe
【００１３】また、波のスペクトラムをＳ(ω)とすると
き、エネルギー累積関数Ｓ(ω)は［数15］式で与えられ
る。
き、エネルギー累積関数Ｓ(ω)は［数15］式で与えられ
る。
【数15】 出会い周波数ベースのスペクトラムをＳe(ωe)とし、
［数15］式の両辺を微分するとＳe(ωe)は次の［数16］
式で表される。
［数15］式の両辺を微分するとＳe(ωe)は次の［数16］
式で表される。
【数16】 ［数10］式〜［数14］式および［数16］より、Ｓ(ω)と
Ｓ(ωe)は［数17］式により変換される。
Ｓ(ωe)は［数17］式により変換される。
【数17】 このような変換によりスペクトラム変換演算装置７では
出会い周波数ベースのスペクトラムが波周波数ベースに
変換される。
出会い周波数ベースのスペクトラムが波周波数ベースに
変換される。
【００１４】波のエネルギー密度は、一般に修正ピアソ
ン・モスコビッツ（Pierson-Mosko-witz）型スペクトラ
ムが用いられ、［数18］式で表される。このスペクトラ
ム形状を図３に示す。
ン・モスコビッツ（Pierson-Mosko-witz）型スペクトラ
ムが用いられ、［数18］式で表される。このスペクトラ
ム形状を図３に示す。
【数18】 ここで、ａ＝0.11，ｂ＝0.44，ＨVは有義波高、ωvは平
均波周波数である。エネルギー分布関数Ｓ(ω)は［数1
5］式より、
均波周波数である。エネルギー分布関数Ｓ(ω)は［数1
5］式より、
【数19】 となり、［数19］式の両辺の対数をとると［数20］式が
得られる。
得られる。
【数20】 ここで、ｙ＝logＳ(ω)，ｘ＝ω-4，Ａ＝−ｂωv 4 と置
き、さらに と置くと、［数20］式は［数21］式のような直線の式と
なる。
き、さらに と置くと、［数20］式は［数21］式のような直線の式と
なる。
【数21】у＝Ａｘ＋Ｂ
【００１５】［数21］式のＡ，Ｂを荷重係数付最小二乗
法により決定する。有義波高Ｈv、平均波周波数ωvは
［数22］式，［数23］式のように与えられる。
法により決定する。有義波高Ｈv、平均波周波数ωvは
［数22］式，［数23］式のように与えられる。
【数22】
【数23】 有義波高・平均波周波数同定演算装置８は、以上のよう
な［数18］式〜(23)の演算により、有義波高Ｈv、平均
波周波数ωvが求められる。さらに、スペクトラムピー
ク周波数ωH、平均波波長λv，スペクトラムピーク波長
λHは以下の[数24］〜［数26］式で与えられる。
な［数18］式〜(23)の演算により、有義波高Ｈv、平均
波周波数ωvが求められる。さらに、スペクトラムピー
ク周波数ωH、平均波波長λv，スペクトラムピーク波長
λHは以下の[数24］〜［数26］式で与えられる。
【００１６】
【数24】
【数25】
【数26】 最終演算装置９では以上の［数24］式［数26］式に基づ
いて平均波波長、スペクトラムピーク波長およびスペク
トラムムピーク周波数が演算される。このようにして本
実施例の波浪特性抽出装置によれば、従来得られなかっ
た有義波高、平均波周波数が得られるため、不規則波の
特性データを正確かつ容易に得ることができるので、船
舶における波浪観測や波浪による動揺の抑制を行なうこ
とができる。
いて平均波波長、スペクトラムピーク波長およびスペク
トラムムピーク周波数が演算される。このようにして本
実施例の波浪特性抽出装置によれば、従来得られなかっ
た有義波高、平均波周波数が得られるため、不規則波の
特性データを正確かつ容易に得ることができるので、船
舶における波浪観測や波浪による動揺の抑制を行なうこ
とができる。
【００１７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の波浪特性
抽出装置によれば、従来得られなかった波浪の有義波高
および平均周波数が得られるため、不規則波の特性デー
タを正確かつ容易に得られるようになって、波浪観測や
波浪による動揺抑制等操船上の情報として利用できると
いう効果が得られる。
抽出装置によれば、従来得られなかった波浪の有義波高
および平均周波数が得られるため、不規則波の特性デー
タを正確かつ容易に得られるようになって、波浪観測や
波浪による動揺抑制等操船上の情報として利用できると
いう効果が得られる。
【図１】本発明の一実施例としての波浪特性抽出装置の
構成図である。
構成図である。
【図２】図１の波浪特性抽出装置における演算の流れ図
である。
である。
【図３】図１の波浪特性抽出装置に係わる不規則波のス
ペクトラム図である。
ペクトラム図である。
１ 上下加速度センサ ２ 波高計 ３ 船首変位演算装置 ４ 絶対波高演算装置 ５ パワースペクトラム演算装置 ６ 波出会い角設定装置 ７ スペクトラム変換演算装置 ８ 有義波高・平均波周波数同定演算装置 ９ 最終演算装置
Claims (1)
- 【請求項１】 船首に取付けられた上下加速度センサお
よび波高計と、上記上下加速度センサからの検出信号に
基づき船首の上下変位を演算する船首変位演算装置と、
同船首変位演算装置からの出力信号と上記波高計からの
出力信号とを受けて絶対波高を演算する絶対波高演算装
置と、同絶対波高演算装置からの出力信号を一定時間蓄
積してパワースペクトラムを演算するパワースペクトラ
ム演算装置と、自船の方位から波向を設定することによ
り波出会い角を演算する波出会い角演算装置と、同波出
会い角演算装置で演算された波出会い角を用いて、上記
パワースペクトラム演算装置から得られた出会周波数ベ
ースのパワースペクトラムを波周波数ベースに変換する
スペクトラム変換演算装置と、同スペクトラム変換演算
装置からの出力信号を受けて有義波高および平均波周波
数を同定する有義波高・平均波周波数同定演算装置と、
同有義波高・平均波周波数同定演算装置からの出力信号
に基づき平均波々長，スペクトラムピークの波長および
周波数を演算する最終演算装置とをそなえて構成された
ことを特徴とする、波浪特性抽出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8152693A JP2934564B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 波浪特性抽出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8152693A JP2934564B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 波浪特性抽出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06273198A true JPH06273198A (ja) | 1994-09-30 |
| JP2934564B2 JP2934564B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=13748779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8152693A Expired - Lifetime JP2934564B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 波浪特性抽出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2934564B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005306188A (ja) * | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 到来波浪の波形予測法および波浪中の航走体の運転制御方法 |
| JP2006188095A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-20 | Tokimec Inc | 船舶用自動操舵装置 |
| JP2007085795A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Universal Shipbuilding Corp | 波浪特性測定方法及びその装置 |
| CN103134472A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-06-05 | 王梓辰 | 一种能实时监测河海波浪浪高及频率的测量装置 |
-
1993
- 1993-03-16 JP JP8152693A patent/JP2934564B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005306188A (ja) * | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 到来波浪の波形予測法および波浪中の航走体の運転制御方法 |
| JP2006188095A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-20 | Tokimec Inc | 船舶用自動操舵装置 |
| JP4669283B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2011-04-13 | 東京計器株式会社 | 船舶用自動操舵装置 |
| JP2007085795A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Universal Shipbuilding Corp | 波浪特性測定方法及びその装置 |
| CN103134472A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-06-05 | 王梓辰 | 一种能实时监测河海波浪浪高及频率的测量装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2934564B2 (ja) | 1999-08-16 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990512 |